2,4-表油菜素内酯对盐胁迫下黄瓜幼苗叶片光合特性的影响

张帅磊，罗石磊，张文渊，李嘉琪，张国斌

(甘肃农业大学 园艺学院，兰州 730070)

土壤盐分是世界范围内农业生产中主要的非生物胁迫[1]。据统计，世界上可耕地土壤约有1/3的面积发生盐渍化，严重影响着农业的可持续发展[2]。中国目前盐渍化土壤面积已超过3 600 万hm2，占全国可利用面积5%左右[3]。

黄瓜(CucumissativusL.)是中国主要蔬菜作物之一，并对盐胁迫十分敏感[4]。高浓度盐胁迫会致使黄瓜叶片叶绿体变形，基质类囊体片层结构部分损伤，抑制光合电子传递链并影响气孔开闭，降低光合效率，进而影响植株生长发育[3, 5-7]。严蓓等[8]研究表明，NaCl胁迫会导致黄瓜叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)遭到损伤，降低PSⅡ光化学效率；王中玉等[9]研究发现，NaCl胁迫会降低西瓜幼苗叶片PSⅡ的电子传递能力。

2,4-表油菜素内酯(EBL)是植物生长过程中不可或缺的第六大类激素[10-11]。前人研究表明，EBL具有提高植物光合效率、促进光合作用、调节细胞生理环境、促进正常生理生化代谢从而提高植物抗逆性的作用[12-14]。外源喷施EBL可以提高盐胁迫条件下番茄叶片暗适应后的最大荧光强度(Fm)，显著增加番茄叶片原初光能转化效率(Fv/Fm)[15]；同时，外源喷施EBL可以提高盐胁迫下刺槐幼苗叶片电子传递量子效率(ΦPSⅡ)，减轻NaCl胁迫对苜蓿幼苗PSⅡ反应中心的破坏程度，促进QA氧化，提高PSⅡ的传递效率[16]。

叶绿素荧光技术具有高灵敏度、非破坏性和可靠性，可快速测量光合效率，特别是PSⅡ，其可表明植物在逆境条件下光合器官的受损程度[17-19]。目前，关于EBL调控黄瓜光合性能的研究主要集中在叶片气体交换参数方面，EBL在正常环境和盐胁迫环境下均可提高黄瓜幼苗的净光合速率，增强幼苗光合能力，而EBL对盐胁迫条件下黄瓜叶绿素荧光参数影响的研究则鲜见报道。本试验以黄瓜为试验材料，研究了外源2,4-表油菜素内脂(EBL)对中度盐胁迫条件下黄瓜幼苗叶片PSⅡ的影响，探讨EBL缓解中度盐胁迫黄瓜幼苗的光合生理机制，为油菜素内脂在黄瓜盐胁迫下的抗逆研究提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验在甘肃农业大学园艺学院进行，选用的黄瓜品种为‘新春4号’，种子由山东省新泰市科润种业有限公司生产。2,4-表油菜素内酯(brassionolide,C28H48O6,EBL)由北京索莱宝科技有限公司生产。2,4-油菜素内脂生物合成抑制剂芸苔素唑(brassinazole，C18H18ClN3O，BZR)由上海源叶生物科技有限公司生产。

1.2 试验处理

黄瓜于2021年7月6日进行浸种催芽，7月12日移栽于容积为1.5 L的水培栽培盆中，每盆4株，放置于人工气候箱，昼/夜温度设置为28 ℃/18 ℃，光照强度设置为20 000 Lux，待第一片真叶展平后调整为30 000 Lux；使用的营养液为改良霍格兰德营养液。待苗龄20 d时(两叶一心)，挑选生长一致的黄瓜苗，每盆保留3株，进行处理，每个处理3次重复。试验采用随机区组排列，依照前期预备试验结果，共设置如下5个处理：1)CK，营养液+叶面喷蒸馏水；2)NaCl，营养液+50 mmol/L NaCl + 叶面喷蒸馏水； 3)EBL，营养液+50 mmol/L NaCl + 叶面喷0.01 mg/L EBL；4)BZR，营养液+50 mmol/L NaCl + 叶面喷24 μmol/L BZR，抑制黄瓜植株内部EBL合成；5)EBL+BZR，营养液+50 mmol/L NaCl + 叶面喷0.01 mg/L EBL+叶面喷24 μmol/L BZR，在抑制黄瓜植株内部EBL合成的基础上外源喷施EBL，观察EBL对盐胁迫黄瓜幼苗的影响。各处理均在盐胁迫当天晚上，气候箱光照关闭后同一时间进行外源物质喷洒处理，以所有叶片正反面均湿润凝结水珠而不滴落为准，每隔24 h处理1次，共处理7次。

1.3 叶绿素荧光参数测定

处理7 d后，选取黄瓜幼苗最大功能叶片，使用Handy PEA(Hansatech Instruments Ltd.)仪测定叶片OJIP曲线，使用CIRAS-2(UK)便携式光合仪测定黄瓜叶片的气体交换参数，每个处理至少测量5次。测定前叶片充分暗适应30 min，使用3 000 μmol·m-2·s-1红光诱导，测定时间为2 s。JIP-test参数计算方法参照李鹏民[20]、Strasser R J等[21]的方法，具体参数如表1所示。

表1 文中所用参数计算公式及含义

1.4 数据统计分析

使用Excel 2019进行数据的统计与整理；利用SPSS 25进行数据单因素方差分析(P< 0.05)，用Duncan’s进行多重比较；使用Origin 2018绘图。

2 结果与分析

2.1 外源喷施EBL对黄瓜幼苗叶片气体交换参数的影响

图1，A～D表明，外源喷施EBL均显著增加了盐胁迫环境下黄瓜幼苗叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)，降低胞间二氧化碳浓度(Ci)。其中，相较于NaCl处理，EBL处理和EBL+BZR处理Pn分别显著增加了84.4%和41.4%，Gs分别显著增加了84.2%和46.4%，Tr分别显著增加了65.5%和27.7%，而其Ci降低了11.9%和3.5%，但BZR处理的气体交换参数与NaCl处理之间均无显著差异。总体而言，外源EBL能够增加盐胁迫环境下黄瓜幼苗叶片的Pn、Gs、Tr，降低Ci，但Pn、Gs、Tr均未恢复至对照水平。

2.2 外源喷施EBL对黄瓜幼苗叶片OJIP曲线的影响

图2，A显示，盐胁迫处理(NaCl)黄瓜幼苗叶片的OJIP曲线与CK相比发生了明显变化，其整体荧光强度下降，Fm减小，并与CK呈显著差异；EBL处理和EBL+BZR处理明显增加了盐胁迫下黄瓜幼苗叶片的Fm，以及Fo到Fm的时间，并接近CK水平；与NaCl处理相比，BZR处理则导致黄瓜幼苗叶片荧光强度下降，并与EBL+BZR和EBL处理存在显著性差异。同时，进一步将OJIP曲线进行O-P点标准化后，得到VO-P曲线(图2，B)。其中，在盐胁迫条件下，各处理黄瓜幼苗叶片的VO-P曲线有相同的变化趋势，与CK曲线变化趋势明显不同，并在K、J、I点荧光强度变化较大、明显升高，尤其J点荧光强度升高更加明显。J点反映的是QA被还原的速率，如果QA向QB的电子传递受到限制，J点则会升高，这表明盐胁迫后黄瓜叶片电子传递链的PS Ⅱ受体侧活性受到了伤害。另外，在EBL处理和EBL+BZR处理后，VO-P曲线K点和J点的荧光值均比NaCl处理大幅下降，又表明EBL处理有效缓解了盐胁迫下黄瓜幼苗叶片光合电子传递链中PS Ⅱ受体侧的伤害程度；与NaCl处理相比，BZR处理后VO-P曲线J点则进一步降低，I点却升高，说明QA到QB电子传递受到的抑制程度进一步加剧。以上结果说明，盐胁迫环境下外源喷施EBL能够缓解黄瓜幼苗叶片光合电子QA向QB传递被抑制的现象。

2.3 外源喷施EBL对黄瓜幼苗叶片JIP-test参数的影响

ψo反映光合电子传递中电子传递到QA以下的效率，而ψEo反映天线吸收的能量传递到QB以下的效率。图3，A、B显示，各处理黄瓜幼苗叶片ψo和ψEo值表现相同，均为CK > EBL >EBL+BZR > BZR > NaCl，且NaCl和BZR处理显著低于EBL和EBL+BZR处理，而CK 与 EBL、BZR 与 NaCl之间无显著差异，其变化趋势与VO-P曲线(图2，B) 中J点荧光强度值变化趋势一致。这说明中度盐胁迫显著阻碍了黄瓜叶片光合电子由QA向QB的传递，显著降低了天线吸收的能量传递到QB以下的效率，外源EBL处理有效缓解了上述受阻程度，并恢复至对照水平，解除了盐胁迫的伤害。

同时，VI和VJ值分别表示I点和J点相对可变荧光强度，Vi增高表明PQ库接受电子的能力下降，Vj值越大表明QA向QB电子传递效率越低，而dV/dto反映了光合电子传递过程中QA被还原的最大速率。图3，C～E显示，EBL处理、EBL+BZR处理和CK黄瓜幼苗叶片Vi、Vj和dV/dto值均显著低于BZR处理和 NaCl处理，EBL处理和EBL+BZR处理则与CK无显著差异。说明中度盐胁迫致使PQ库接受电子的能力显著下降，也导致QA向QB电子传递效率显著降低，而引起QA还原程度显著增加；EBL处理和EBL+BZR处理显著提高了盐胁迫下黄瓜幼苗叶片PQ库接受电子能力和光合电子由QA向QB的传递效率，显著降低了QA还原程度，并恢复至对照水平。

另外，黄瓜叶片光合性能指数PIABS(图3，F)和原初光能转化效率Fv/Fm(图3，G)在BZR处理和NaCl胁迫均比CK显著减小，PIABS在EBL处理和EBL+BZR处理下稍低于CK却显著高于BZR和 NaCl处理，Fv/Fm在EBL+BZR处理下稍低于EBL 处理而显著高于BZR和NaCl处理，两者在BZR处理下相对于盐胁迫更低。说明外源EBL处理显著增加了中等盐胁迫下黄瓜幼苗叶片PIABS和Fv/Fm，有效恢复了黄瓜叶片光合性能和原初光能转化效率。

2.4 外源喷施EBL对黄瓜幼苗叶片PSⅡ比活性参数的影响

由表2可知，盐胁迫处理降低了黄瓜幼苗叶片ABS/CSm、TRo/CSm、ETo/CSm、RC/CSm、TRo/RC、ETo/RC，增加了DIo/CSm、DIo/RC；EBL处理和EBL+BZR处理缓解了盐胁迫条件下ABS/CSm、TRo/CSm、ETo/CSm、RC/CSm、ETo/RC等的降低和DIo/CSm、DIo/RC的增加，BZR处理表现与其呈相反趋势。其中，黄瓜叶片ABS/CSm、TRo/CSm、ETo/CSm和RC/CSm在中度盐胁迫下分别比CK显著降低了11%、14.8%、39.4%和12.01%，EBL处理较NaCl处理分别显著提高了5.7%、7.7%、29%和10.6%，EBL+BZR处理较NaCl处理分别显著提高了6.7%、9%、24.7%和11.4%。EBL处理和EBL+BZR处理的TRo/RC 值和ABS/RC值，相较于NaCl处理和BZR处理均有所下降。以上结果说明EBL增加了盐胁迫的黄瓜幼苗叶片内ABS/CSm、TRo/CSm、ETo/CSm和RC/CSm，降低了DIo/CSm、DIo/RC，缓解了盐胁迫条件下黄瓜幼苗叶片内活性反应中心的损伤，增加叶片光能利用率。

3 讨 论

光合作用是植物赖以生长的基础[22]，当植物遭受盐胁迫时，会引起植物净光合速率下降，气孔关闭现象，从而导致植物正常生长受阻[23]。盐胁迫在一定程度上会影响黄瓜光合作用过程中的各个环节，其中PS Ⅱ最易受到伤害[24]，寇江涛研究表明，EBL可以改善盐胁迫后引起的西瓜净光合速率下降及气孔导度等光合指标[25]。本研究发现，外源喷施EBL后能显著改善盐胁迫导致的黄瓜叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)下降，并降低胞间CO2浓度(Ci)。Farquhar等研究表明当Ci随Gs同时具有下降趋势时才能说明Pn的下降是由气孔限制造成的[26]。本试验结果显示，黄瓜幼苗在盐胁迫后叶片气孔导度Gs显著低于对照CK，而胞间CO2浓度Ci高于对照CK，由此说明本试验中导致黄瓜幼苗叶片净光合速率Pn的下降是非气孔因素所致。

OJIP曲线能够反映大量有关PSⅡ光合电子传递过程中的信息。前人研究表明，植物遭受盐胁迫后引起PSⅡ原初光能转化效率Fv/Fm降低的原因[27]，是植物受到逆境胁迫，光合机构吸收的光能超过其所能利用的能量引起了光抑制[28]，从而导致了PSⅡ的损伤。本试验结果表明外源EBL缓解了盐胁迫导致的黄瓜幼苗叶片PSⅡ原初光能转化效率Fv/Fm的降低，并接近CK水平，说明外源EBL对盐胁迫下黄瓜幼苗叶片的PSⅡ的损伤具有明显缓解作用，这与范翠枝等[15]的研究结果相一致。

另外，光合性能指数PIABS可以反映光合功能，对逆境胁迫响应非常敏感[31]，本研究结果显示外源喷施EBL后，EBL处理和EBL+BZR处理均可引起盐胁迫下黄瓜幼苗叶片光合性能指数、单位面积内有活性的反应中心数目(RC/CSm)、单位面积内吸收的光能(ABS/CSm)、捕获的光能(TRo/CSm)、用于电子传递的光能(ETo/CSm)等显著增加，单位面积热耗散(DIo/CSm)、单位反应中心耗散掉的能量(DIo/RC)减少，从而提升了黄瓜幼苗在盐胁迫条件下的光合能力。外源喷施BZR后对黄瓜幼苗体内自身产生EBL具有抑制作用，但比活性参数显示BZR处理并没有比盐胁迫伤害更加严重，这可能与黄瓜幼苗体内多种抗盐途径有关[32]。

综上所述，外源喷施EBL缓解了盐胁迫导致的黄瓜幼苗叶片PSⅡ供体侧的伤害，促进了光合电子传递过程中电子QA向QB的传递，从而改善了盐胁迫下黄瓜幼苗叶片的光合性能，增加Pn、Gs、Tr，而降低Ci。而BZR处理黄瓜幼苗叶片光合性能进一步降低，再次说明EBL对黄瓜幼苗盐胁迫引起的PSⅡ伤害有显著缓解作用。